Les chercheurs ont introduit « l’effet topologique Kerr » pour améliorer la détection et la compréhension des skyrmions dans les matériaux magnétiques topologiques, en proposant de nouvelles méthodes optiques non destructives pour une caractérisation plus large. (Concept de l'artiste). Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs du Centre des champs magnétiques élevés des Instituts de sciences physiques Hefei de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université des sciences et technologies de Chine ont récemment introduit le concept d’« effet Kerr topologique » (TKE). Ce nouveau concept a été développé à l'aide du système de microscopie à champ magnétique à basse température et du système d'imagerie par microscopie à force magnétique disponibles dans l'installation expérimentale à champ magnétique élevé en régime permanent.
Les résultats, publiés dans Physique naturellesont très prometteurs pour faire progresser notre compréhension des structures magnétiques topologiques.
Illustration des systèmes matériels et des processus physiques associés à l'effet Kerr topologique élaboré. Crédit : Hou De
Originaires de la physique des particules, les skyrmions représentent des excitations topologiques uniques trouvées dans les matériaux magnétiques de matière condensée. Ces structures, caractérisées par leur disposition de spins en vortex ou en anneau, possèdent des propriétés non triviales qui en font des candidats potentiels pour les dispositifs logiques et de stockage magnétique de nouvelle génération. Cependant, la détection des skyrmions repose traditionnellement sur l’effet Hall topologique (THE), limité aux systèmes métalliques. Avec le domaine en expansion des matériaux magnétiques topologiques, il existe un besoin pressant de techniques de caractérisation applicables à une gamme plus large de systèmes, y compris les skyrmions non métalliques.
Découverte de nouveaux matériaux magnétiques
S'appuyant sur la découverte de matériaux ferromagnétiques bidimensionnels en 2017, l'équipe de recherche a prédit une nouvelle classe de tels matériaux, CrMX.6 (M=Mn, V ; X=I, Br), qui présentent des états électroniques topologiques non triviaux.
Dans cette étude, l’équipe a réussi à synthétiser du CrVI bidimensionnel de haute qualité6 des monocristaux et des mesures précises de l'effet Kerr magnéto-optique (MOKE) sur micro-zones. Remarquablement, la boucle d'hystérésis MOKE a révélé des proéminences distinctives en forme d'oreille de chat dans des plages d'épaisseur et des intervalles de température spécifiques, ressemblant à l'effet Hall topologique électrique observé dans les systèmes magnétiques de skyrmion.
Une analyse théorique plus approfondie a révélé que la coexistence des atomes de Cr et de V brise la symétrie d'inversion centrale, le fort échange Dzyaloshinskii-Moriya (DM) conduisant à la génération de structures magnétiques topologiques – les skyrmions. Des simulations de dynamique magnétique à l'échelle atomique et des calculs théoriques ont dévoilé la diffusion des électrons conducteurs par la « charge topologique » des skyrmions sous un champ photoélectrique, élucidant ainsi le mécanisme microscopique derrière le signal optique Kerr lors de l'inversion de l'aimantation.
Sur la base de ces résultats, l'équipe de recherche a proposé un nouveau schéma de détection non destructive des structures magnétiques topologiques à l'aide de méthodes optiques, tirant parti des champs photoélectriques alternatifs et de la spectroscopie de champ magnétique élevé.
Ce schéma offre une détection sans contact et résolue spatialement des skyrmions et d'autres excitations topologiques, fournissant des informations précieuses sur leurs mécanismes microscopiques et élargissant leur gamme d'applications, selon l'équipe.
